EP2457036A2

EP2457036A2 - Nachführeinrichtung für eine photovoltaikanlage sowie verfahren zur einrichtung einer solchen nachführeinrichtung

Info

Publication number: EP2457036A2
Application number: EP10724285A
Authority: EP
Inventors: Hans-Peter Fischer; Rudolf Gümpelein
Original assignee: Tecnosun Solar Systems AG
Current assignee: Fischer Hans-Peter
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2012-05-30
Also published as: JP2012533892A; DE102009034144A1; CA2768676A1; WO2011009508A2; CN102575879A; WO2011009508A3; US20120152316A1; AU2010275826A1

Abstract

Um eine einfache Einrichtung einer Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage zu ermöglichen, bei der eine horizontale Nachführeinrichtung mit einer vertikalen Nachführeinrichtung mechanisch zwangsgekoppelt ist, sind vorzugsweise zwei Justiereinrichtungen vorgesehen. Die eine Justiereinrichtung dient hierbei zu einer Drehverstellung eines Elevationselements (22) um eine vertikale Achse (6) bezüglich eines Verankerungselements (14). Die zweite Justiereinrichtung dient zur Drehverstellung zweier Teilbereiche (36A, 36B) eines Tragmastes (16) ebenfalls um eine vertikale Achse (6) zueinander.

Description

Beschreibung

Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage sowie Verfahren zur Einrichtung einer solchen Nachführeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Einrichtung einer solchen Nachführeinrichtung.

Eine derartige Nachführeinrichtung ist aus der EP 1 710 651 B1 zu entnehmen.

Bei Photovoltaikanlagen hängt der erreichbare Energieertrag vom Einfallswinkel der Sonne relativ zum Photovoltaikmodul ab, so dass es zur Steigerung des Energieertrags zweckmäßig ist, Einrichtungen zu verwenden, die die Photovoltaikmo- dule der Anlage dem ja nach Jahres- oder Tageszeit wechselnden Sonnenstand nachführen. Hierbei ist zum einen die vertikale Nachführung zu nennen, bei der das Photovoltaikmodul durch eine Drehung der das Modul tragenden Tragkonstruktion um eine Achse, die im Wesentlichen vertikal zur Erdoberfläche steht, dem Sonnenlauf nachgeführt wird. Daneben ist bei einer zweiachsigen Nachführung zusätzlich eine horizontale Nachführung derart möglich, dass das Photovoltaikmodul in einer horizontalen Achse verschwenkt bzw. geneigt wird, so dass idealerweise ein rechter Winkel zur Sonne gewährleistet wird.

Bei derartigen Nachführeinrichtungen ist jedoch sowohl für die Nachführung um die vertikale Achse als auch für die Nachführung um die horizontale Achse jeweils ein separater Antrieb erforderlich, um die nötigen Stellbewegungen zu erzeugen., Dadurch werden bei elektrischer Antriebsweise Getriebe, Motoren und Steuergeräte mehrfach erforderlich, wobei zudem jeweils eine gegebenenfalls aufwändige Steuereinrichtung erforderlich ist. Hiermit verbunden sind erhebliche Kosten für Photovoltaikanlagen, die eine derartige zweiachsige Nachführung aufweisen. Infolge dessen konnten nachzuführende Photovoltaikanlagen bisher nur geringe Marktanteile erzielen, da der Energiemehrertrag von etwa 35% durch die zusätzlich aufzubringenden Kosten weitgehend aufgehoben wird. Zur Lösung dieses Problems ist gemäß der EP 1 710 651 B1 eine mechanische Zwangskopplung zwischen der vertikalen und der horizontalen Nachführung vorgesehen. Hierbei ist ein als Kurvenring oder Kurvenscheibe bezeichnetes Elevati- onselement vorgesehen, welches eine Kurvenbahn mit unterschiedlichen Höhenniveaus definiert. Über eine als Knickarmgestänge ausgebildete Kopplungseinrichtung werden bei einer vertikalen Nachführung, also einer Drehbewegung um die vertikale Achse, die unterschiedlichen Höhenniveaus auf das Photovoltaikmo- dul derart übertragen, dass ein Verschwenken um die horizontale Achse erfolgt. Die Kopplungseinrichtung umfasst hierbei ein Koppelelement, welches im Betrieb entlang der Kurven- oder Führungsbahn des Elevationselements verfährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige aus der EP 1 710 651 B1 zu entnehmende Nachführeinrichtung weiter zu verbessern.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Nachführeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Einrichtung einer derartigen Nachführeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Die Nachführeinrichtung ist allgemein als zweiachsige Nachführeinrichtung für eine sowohl vertikale als auch horizontale Nachführung ausgebildet. Die horizontale Nachführung erfolgt hierbei über eine mechanische Zwangskopplung mit der vertikalen Nachführung, ohne dass ein zusätzlicher Antrieb oder eine zusätzliche Ansteuerung für die horizontale Nachführung erforderlich und insbesondere auch vorgesehen ist.

Die Nachführeinrichtung umfasst für jeweils ein Photovoltaikmodul ein Traggestell, das eine vertikale Nachführeinrichtung sowie eine mit dieser mechanisch zwangsgekoppelten horizontalen Nachführeinrichtung aufweist. Die vertikale Nachführeinrichtung umfasst hierbei eine vorzugsweise als Tragmast ausgebildete Tragkonstruktion, die um eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar gelagert ist. Im Betrieb wird die vertikale Nachführung mit Hilfe eines insbesondere elektromotorischen Antriebs vorgenommen, dessen Stellbewegung auf die Tragkonstruktion übertragen wird. Die horizontale Nachführeinrichtung umfasst insbesondere ein Elevationselement, das eine mechanische Führungsbahn mit unterschiedlichen Höhenniveaus definiert. Im Betrieb werden die durch die Führungsbahn definierten Höhenniveaus mit Hilfe einer mechanischen Kopplungseinrichtung bei einer Drehbewegung der Tragkonstruktion um die vertikale Achse zur Erzeugung einer Schwenkbewegung um die horizontale Achse auf das Photovoltaikmodul übertragen. Die Kopplungseinrichtung umfasst hierbei ein vorzugsweise als Gabelelement ausgeführtes Koppelelement, welches im Betrieb entlang der mechanischen Führungsbahn verfährt. Die mechanische Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise mit der Tragkonstruktion drehfest verbunden, so dass bei einer Drehbewegung um die vertikale Achse die mechanische Kopplungseinrichtung entlang der Führungsbahn verfährt. Das Elevationselement ist vorzugsweise drehfest mit einem Verankerungselement verbunden, über das das Traggestell bodenseitig auf der vorgesehenen Aufstellfläche für die Photovoltaikanlage befestigt ist. Das Verankerungselement ist beispielsweise ein Bodenanker, wobei jedem Traggestell ein eigener Bodenanker zugeordnet ist. Alternativ kann das Verankerungselement auch eine Tragprofilkonstruktion sein, die beispielsweise bei (Flach-) Dachmontagen vorgesehen ist.

Unter mechanischer Führungsbahn mit unterschiedlichen Höhenniveaus wird allgemein verstanden, dass über die Führungsbahn unterschiedliche vertikale Abstände zum Photovoltaikmodul vorgegeben werden, die dann zu einer unterschiedlichen Neigung um die Horizontalachse des Photovoltaikmoduls führen. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Führungsbahn in einer Aufsicht kreisförmig um den Tragmast herum verlaufend ausgebildet und weist Erhebungen und Senkungen zur Definition der unterschiedlichen Höhenniveaus auf. !n einem abgewickelten Zustand der Führungsbahn verläuft diese daher wellenförmig, beispielsweise sinusartig. Insbesondere ist die Führungsbahn durch den bereits erwähnten Kurvenring gebildet. Unter Kurvenring wird hierbei ein zu einem Ring geformter Stab verstanden, der entlang einer vorgegebenen Kurve verläuft.

Durch die spezielle Ausgestaltung des Elevationselements wird daher allgemein in Abhängigkeit des Dreh- oder Azimutwinkels ein unterschiedliches Höhenniveau der Führungsbahn auf das Photovoltaikmodul übertragen und damit wird in Ab- hängigkeit des Azimutwinkels ein definierter horizontaler Neigungswinkel des Pho- tovoltaikmoduls zwangsweise eingestellt.

Von besonderem Vorteil bei der Nachführeinrichtung ist nunmehr, dass das Traggestell zumindest eine Justiereinrichtung aufweist, über die die Drehorientierung des Elevationselements bezüglich des Verankerungselements und/oder die Drehorientierung verschiedener Teilbereiche des Tragmasts zueinander justierbar sind. Diese Justiereinrichtungen dienen zur Vereinfachung der Montage oder auch zur einfachen Nachjustierung im Laufe des Betriebs. Die Ausgestaltung dieser Justiereinrichtungen beruht auf der Erkenntnis, dass aufgrund der mechanischen Zwangskopplung zwischen der vertikalen und horizontalen Nachführeinrichtungen eine exakte Ausrichtung des Traggestells in einer Soll-Orientierung erforderlich ist. Insbesondere bei einer Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Traggestellen, deren vertikale Nachführung über einen gemeinsamen Antriebsmotor erfolgt, wie dies beispielsweise bei der Nachführeinrichtung gemäß der EP 1 710 651 B1 vorgesehen ist, besteht das Problem, dass aufgrund von Toleranzen und Spiel im Antriebsstrang die einzelnen Photovoltaikmodule einen unterschiedlichen Azimutwinkel einnehmen, also einen unterschiedlichen Drehwinkel um die vertikale Achse.

Durch die Aufteilung der Tragkonstruktion in zwei Teilbereiche, die gegeneinander drehverstellbar sind, wird der Vorteil erzielt, dass nach einer Inbetriebnahme der Anlage, wenn aufgrund solcher Spiel- und Toleranzeffekte die vertikale Orientierung zwischen unterschiedlichen Traggestellen nicht vollständig synchron ist, die vertikale Drehsteliung einzelner Traggesteüe in einfacher Weise einstellbar ist, ohne dass das Traggestell insgesamt bezüglich des Verankerungselements verdreht werden muss.

Ähnliches gilt für die Justiereinrichtung zur Drehpositionierung für das Elevations- element. Die durch dieses definierte Führungsbahn mit den unterschiedlichen Höhenniveaus muss exakt bezüglich den Himmelsrichtungen ausgerichtet sein, so dass der höchste Punkt der Führungsbahn exakt nach Süden zeigt. Bei der aus der EP 1 710 651 B1 bekannten Nachführeinrichtung ist das Elevationselement jeweils fest mit dem Verankerungselement beispielsweise durch Schweißen etc. verbunden, so dass es auf eine hochgenaue Orientierung des Verankerungselements ankommt. Dies ist mitunter schwierig, insbesondere bei einer Photovoltai- kanlage mit einer Vielzahl von einzelnen Traggestellen. Durch die Justiereinrichtung kann daher in einfacher Weise eine nachträgliche exakte Positionierung des Elevationselements in der Solllage vorgenommen werden.

Die Justiereinrichtung zur Drehverstellung des Elevationselements ist vorzugsweise unabhängig von der Justiereinrichtung zur Drehverstellung der beiden Teilbereiche der Tragkonstruktion untereinander. Vorzugsweise werden sie in Kombination eingesetzt, so dass eine doppelte Justiermöglichkeit gegeben ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Elevationselement hierzu mit einem Befestigungsfuß insbesondere drehfest, beispielsweise durch Schweißen, etc. verbunden, wobei der Befestigungsfuß bezüglich des Verankerungselements in unterschiedlichen Drehpositionen reversibel befestigbar ist. Im Hinblick auf eine einfache Ausgestaltung der Justiermöglichkeit weist der Befestigungsfuß und/oder das Verankerungselement zumindest eine insbesondere entlang einer Kreisbahn gekrümmte Langlochführung für ein Befestigungselement wie beispielsweise eine Schraube auf. Weiterhin weist der Befestigungsfuß zweckdienlicherweise eine beispielsweise kreisförmige Befestigungsplatte zur flächigen Auflage auf dem Verankerungselement auf. Dies dient zur einfachen Montage und für eine hohe mechanische Stabilität.

Bezüglich der zweiten Justiereinrichtung zur Drβhverstβllung der Teilbereiche der Tragkonstruktion untereinander ist vorgesehen, dass die Teilbereiche an ihrer Trennstelle in unterschiedlichen Drehpositionen zueinander reversibel aneinander fixierbar sind. Insbesondere sind die beiden Teilbereiche des Tragmastes an der Trennstelle über Flansche miteinander verbunden. Auch hier weist zumindest einer der Flansche eine vorzugsweise entlang einer Kreisbahn gekrümmte Langlochführung für ein Befestigungselement wie eine Schraube auf. Die Flansche gewährleisten eine einfache Montierbarkeit und eine hohe mechanische Stabilität. Üblicherweise ist vorgesehen, dass der Antrieb für die vertikale Nachführung an einem der beiden Teilbereiche, insbesondere dem unteren Teilbereich, angreift.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Federelement zwischen dem beispielsweise als Gabelelement ausgebildeten Koppelelement und dem Tragmast angeordnet ist.

Durch das Federelement, das vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet sein kann, wird die Anpresskraft zwischen dem Gabelelement und dem beispielsweise nach Art eines Kurvenrings ausgebildeten Elevationselement verringert. Das Federelement wirkt somit den erheblichen Massekräften der Photovoltaikmodule entgegen, die bei nicht vorhandenem Federelement ansonsten hohe Reibungskräfte erzeugen würden. Insbesondere kann der Energiebedarf für die zweiachsige Nachführung durch das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement nochmals beträchtlich verringert werden, so dass mit einem einzigen Antrieb eine größere Anzahl von Nachführeinrichtungen angetrieben werden kann.

Das Federelement ist vorzugsweise derart angeordnet, dass es auf das Koppelelement ein Drehmoment ausübt, das dem durch das Photovoltaikmodul erzeugten Drehmoment entgegenwirkt. Auf diese Weise wird das unter Umständen beträchtliche Drehmoment, das von dem Photovoltaikmodul erzeugt wird, mittels des Federelements zumindest teilweise kompensiert, so dass die auf den Kurvenring einwirkenden Kräfte ebenfalls verringert werden. Die geringe Reibung zwischen dem Kurvenring und dem Gabelelement führt zu einem verringerten Bedarf an Antriebseπergie.

In bevorzugter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Koppelelement zumindest eine drehbar gelagerte Hülse aufweist, mit der sich das Koppelelement auf der Führungsbahn des Elevationselements abstützt. Bei der Nachführung des Photovoltaikmoduls wälzen sich die drehbar gelagerten Hülsen auf dem Kurvenring ab, so dass die Nachführung nur einen geringen Energiebedarf erfordert. Zweckdienlicherweise ist dabei das Koppelelement nach Art eines Gabelelements mit zwei Fingern ausgebildet, welche das als Kurvenring ausgebildete Elevations- element zwischen sich greifen. Der Kurvenring ist daher zwischen den drehbar gelagerten Hülsen geführt.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist am Tragmast im Bereich des Federelements eine Schutzmanschette angebracht. Aufgrund der teilweise erheblichen Kräfte und deren Variation besteht die Gefahr, dass der Tragmast durch das Abstützen des Federelements beschädigt wird, so dass beispielsweise eine Schutz- beschichtung abgetragen wird. Dies wird über die Schutzmanschette, die beispielsweise aus einem geeigneten abriebfesten Kunststoff oder auch aus einem geeigneten Metall besteht, verhindert.

Das gesamte Traggestell besteht vorzugsweise aus Metall, welches aufgrund der erforderlichen Außenaufstellung witterungsbeständig sein muss. Üblicherweise werden verzinkte Metallkonstruktionen herangezogen. Aufgrund der Drehbewegung der einzelnen Teile zueinander kann es hierbei zu unerwünschten Verschleißerscheinungen aber auch Schwergängigkeiten kommen. Letztere sind insbesondere auch bedingt durch die beim der Verzinkungsprozess erzeugten Ober- flächenrauigkeiten. Um diese Probleme zu verringern, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass zwischen dem Tragmast und dem Befestigungsfuß, auf dem der Tragmast drehbar angeordnet ist, ein Gleitelement, insbesondere eine Gleithülse angeordnet ist. Das Gleitelement ist hierbei vorzugsweise lose angeordnet und besteht aus einem vorzugsweise abriebfesten Kunststoff oder auch aus einem geeigneten Meiaii. Üblicherweise weist der Befestigungsfuß ein in ver^¬ tikale Richtung orientiertes Stand- oder Führungsrohr auf, welches den Tragmast führt. Dieser ist hierzu wahlweise über das Standrohr gestülpt bzw. in das Standrohr eingesteckt. Bei der Ausgestaltung als Gleithülse wird über diese zugleich eine radiale Führung zwischen dem Tragmast und dem Führungsrohr definiert. Die Gleithülse kann sich hierbei über die gesamte Länge des Führungsrohres erstrecken. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass mehrere Gleithülsen, insbesondere zwei Gleithülsen, vorgesehen sind, nämlich insbesondere an den beiden Endseiten des Führungsrohrs. Um die Flächenpresskraft zwischen dem Tragmast und dem Befestigungsfuß gering zu halten, weist der Tragmast einen bodenseitigen Flansch auf, mit dem er sich auf zumindest einen Teil des Gleitelements abstützt. Ist das Gleitelement als Hülse ausgebildet, so weist diese Hülse vorzugsweise ebenfalls einen Flansch auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Sturmsicherung vorgesehen, die den Tragmast gegen ein Lösen von dem Verankerungselement und insbesondere vom Befestigungsfuß sichert. Bevorzugt ist hierzu ein Halteelement vorgesehen, das einen in axialer Richtung wirksamen Formschluss zwischen dem Befestigungsfuß und dem Tragmast ausbildet, gleichzeitig aber noch die Drehbewegung ermöglicht. Insbesondere ist eine Haltelasche vorgesehen, die am Befestigungsfuß befestigt ist und über den bodenseitigen Flansch des Tragmastes formschlüssig überlappt, vorzugsweise ohne diesen zu berühren.

Zur Übertragung der Stellbewegung des vorzugsweise für mehrere Traggestelle vorgesehenen gemeinsamen Motors ist vorzugsweise - wie bei der aus der EP 1 710 651 B1 bekannten Nachführeinrichtung - ein hohlzylindrisches oder rohrförmiges Mitnehmerelement angeordnet, welches konzentrisch zum Tragmast angeordnet ist und mit diesem beispielsweise durch Streben drehfest verbunden ist. Für die Übertragung der Stellbewegung des Motors ist ein elastisches Antriebsmittel, ein so genanntes Umschlingungsmittel vorgesehen, welches das Mitnehmerelement umschlingt. Ein derartiges Antriebsmittel ist beispielsweise ein

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zugsweise Seil, ist üblicherweise mehrfach um das Mitnehmerelement geschlungen. Um nunmehr eine möglichst schlupffreie Verbindung zwischen dem Antriebsmittel und dem Mitnehmerelement zu gewährleisten, ist allgemein eine Reibbremse insbesondere durch eine Strukturierung der Mantelfläche des Mitnehmerelements ausgebildet. Vorzugsweise ist hierzu im Mitnehmerelement ein Führungsschlitz eingebracht, in dem im montierten Zustand das Antriebsmittel einliegt. Das Seil ist liegt daher im Betrieb im gespannten Zustand an den in Um- fangsrichtung gegenüberliegenden Kanten des Führungsschlitzes an, wodurch die Reibung erhöht und ein Schlupf verhindert wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung bildet der Flansch des unteren Teilbereichs des Tragmastes einen oberen Abschluss für das Mitnehmerelement, d.h. die Trennstelle ist am oberen Ende des Mitnehmerelements angeordnet. Bei der hohlzylindrischen Ausbildung des Mitnehmerelements bildet dieser Flansch vorzugsweise einen Deckel, so dass eine abgeschlossene Baueinheit ausgebildet ist. Der Lagerbereich des Tragmastes an der Fußplatte ist hierdurch besser geschützt.

Vorzugsweise umfasst die Nachführeinrichtung eine Vielzahl von Traggestellen, denen ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet ist, wobei die vom Antrieb ausgeübten Stellbewegungen über ein Antriebsmittel, wie beispielsweise das Seil, auf den Tragmast übertragen werden. Üblicherweise werden hierbei die Traggestelle in Reihe nebeneinander orientiert. Einem gemeinsamen Antrieb sind beispielsweise 10 bis 30 Traggestelle zugeordnet. Eine Photovoltaikanlage kann aus mehreren derartigen Reihen bestehen.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Danach ist vorgesehen, dass zur Einrichtung der Nachführeinrichtung mit Hilfe der Justiereinrichtungen das Elevationselement und/oder der obere Teilbereich der Tragkonstruktion in eine definierte Solllage gebracht werden. Insbesondere im letzteren Fall wird zuvor zumindest einmalig eine Stellbe-

\Λ«->πι ιnπ \/r»m Δ ntrioh auf Hie» Tranknn<ttn ilftinn iϊhf*rfτsiπe»n um Tnlp»rαr>7- unH Snipl- freiheitsgrade bei der Erstinbetriebnahme, wie beispielsweise Spannen des Seils etc. zu berücksichtigen. Üblicherweise erfolgt nämlich bei der Anordnung einer Vielzahl von Traggestellen bei der Erstinbetriebnahme eine Verstellung von der zuvor eingenommenen Drehposition, so dass die einzelnen Photovoltaikmodule in unterschiedlichen vertikalen Drehpositionen orientiert sind.

In den Unteransprüchen sind teilweise eigenständige erfinderische Konzepte enthalten, die auch unabhängig von der speziellen Ausgestaltung von der Justierein- richtung umgesetzt werden können. Dies betrifft zum einen den Aspekt der Ausgestaltung und Anordnung des Federelements gemäß den Ansprüchen 5 bis 8, den Aspekt der Hülse gemäß Anspruch 9, den Aspekt der Anordnung und Ausgestaltung des Gleitelements gemäß den Ansprüchen 10 und 11 , sowie den Aspekt der Reibbremse insbesondere mit dem Führungsschlitz gemäß Anspruch 12. Die Einreichung von Teilanmeldungen auf jeden dieser Aspekte unabhängig von der Ausgestaltung der Justiereinrichtungen bleibt vorbehalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in teilweise vereinfachten Darstellungen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Nachführeinrichtung mit mehreren auf jeweils einem Traggestell montierten Photovoltaikmodulen gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein Traggestell in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des Traggestells im Bereich eines Befestigungsfußes,

Fig. 4 den in Fig. 3 dargestellten Teilbereich in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines als Gabelelement ausgebildeten Koppelelements mit auf Gabelenden aufgeschobenen Führungshülsen und einer auf einem Ausleger aufgeschobenen Druckfeder,

Fig. 6 das Gabelelement gemäß Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung ohne Führungshülsen und Federelement,

Pin 7 oino αi iccr-hnittcu/oico Rαrcte-Ni inn e-iηor mjt pj- nem Traggestell ohne Justiereinrichtungen mit auf dem Traggestell aufgebrachten Photovoltaikmodul sowie

Fig. 8 die Nachführeinrichtung gemäß Fig. 7 aus einer anderen Perspektive.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik gemäß der EP 1 710 651 B1 bekannte Photovoltaikanlage mit einer zweiachsigen Nachführeinrichtung. Die Photovol- taikanlage weist eine Vielzahl von Traggestellen 2 auf, die jeweils ein Photovol- taikmodul 4 tragen. Im Ausführungsbeispiel sind beispielhaft zwei Traggestelle 2 dargestellt. Jedes der Photovoltaikmodule 4 ist um eine vertikale Achse 6 sowie um eine horizontale Schwenkachse 8 verschwenkbar. Zur gemeinsamen Verstellung und Nachführung ist ein gemeinsamer Antriebsmotor 10 vorgesehen, welcher über ein im Ausführungsbeispiel als Seil 12 ausgebildetes Antriebsmittel eine Stellbewegung auf das jeweilige Traggestell 2 überträgt, um eine synchrone Drehung der einzelnen Traggestelle 2 um ihre jeweilige Achse 6 für eine vertikale Nachführung auszuüben. Bei einer solchen vertikalen Nachführung wird zwangsweise zugleich über eine mechanische Zwangskopplung auch eine horizontale Nachführung um die Schwenkachse 8 ausgeübt.

Das Traggestell 2 ist allgemein über ein Verankerungselement 14 am Boden befestigt. Im Ausführungsbeispiel ist jedem Traggestell 2 ein eigenes Verankerungselement 14 zugeordnet. Dies umfasst eine Bodenplatte mit einem in den Boden eingetriebenen Verankerungspfahl.

Auf dem Verankerungselement 14 ist ein Tragmast 16 drehbar angeordnet. Der Tragmast 16 erstreckt sich in vertikaler Richtung und ist konzentrisch zur vertikalen Drehachse 6 orientiert. An seinem oberen Ende ist der Tragmast 16 mit einem Tragrahmen 18 (vgl. insbesondere Fig. 2) verbunden. Die horizontale Schwenkachse 8 kreuzt den Tragmast 16 bzw. eine Verlängerung von diesem. Zur Über- trαni inπ riar .QtollhoiΛ/αm inn Hoc Δ ntri<-»hcrηntr>rc 1 D ict arn Traπmαct I R e-jn nach

Art eines Hohlzylinders ausgebildetes Mitnehmerelement 20 befestigt, welches beispielsweise über Verbindungsstreben mit dem Tragmast 16 verbunden ist. Das Seil 12 ist um dieses Mitnehmerelement 20 herumgeführt und umschlingt dieses vorzugsweise mehrfach. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden der Tragmast 16 zusammen mit dem Mitnehmerelement 20 Elemente einer um die vertikale Achse 6 drehbar gelagerten Tragkonstruktion des Traggestells 2 für eine vertikale Nachführung und bilden damit zugleich auch die wesentlichen Elemente einer vertikalen Nachführeinrichtung. Zur zwangsgekoppelten vertikalen Nachführung ist eine horizontale Nachführeinrichtung vorgesehen. Diese umfasst ein im Ausführungsbeispiel als Kurvenring 22 ausgebildetes Elevationselement, welches ein konzentrisch um den Tragmast 16 ausgebildetes Ringelement ist, welches eine mechanische Führungsbahn 24 mit unterschiedlichen Höhenniveaus definiert. Der Kurvenring 22 ist über Befestigungselemente 26 fest mit dem Verankerungselement 14 verbunden. Weiterhin umfasst die horizontale Nachführeinrichtung eine mechanische Kopplungseinrichtung, die im Ausführungsbeispiel aus einem Knickarmgestänge besteht. Dieses umfasst im Wesentlichen ein Koppelelement 28, welches mit seinem tragmastsei- tigen Ende schwenkbar an diesem befestigt ist. An seinem gegenüberliegenden Ende ist es ebenfalls schwenkbar mit einem Hebelarm 30 verbunden, welcher wiederum drehbar mit dem Tragrahmen 18 verbunden ist (vgl. Fig. 2). Der An- kopplungspunkt des Hebelarms 30 am Tragrahmen 18 ist von der horizontalen Schwenkachse 8 beabstandet, so dass eine vertikale Stellbewegung des Hebelarms 30 zu einer horizontalen Verschwenkung führt.

Das Koppelelement 28 wird von der Führungsbahn 24 bei einer Drehbewegung um die vertikale Achse 6 zwangsgeführt, fährt also die durch das Elevationselement (Kurvenring 22) vorgegebene Kurvenbahn mit den unterschiedlichen

Höhenniveaus ab. Im Ausführungsbeispiel ist das Koppelelement 28 als ein Gabelelement ausgebildet, dessen zwei Gabelenden den Kurvenring 22 umgreift.

Während des Betriebs der Photovoltaikanlage kommt es auf eine genaue Ausrichtung der einzelnen Photovoltaikmodule 4 für einen möglichst hohen Wirkungsgrad an. Es hat sich gezeigt, dass bei der Inbetriebnahme oder auch im laufenden Betrieb das Problem auftreten kann, dass beispielsweise aufgrund von Spiel- und Toleranzeffekten im Antriebsstrang die einzelnen Traggestelle 2 und damit Photovoltaikmodule 4 unterschiedliche Drehpositionen bezüglich ihrer Drehstellung um die vertikale Achse 6 einnehmen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die exakte Positionierung des Elevationselements 22 in der gewünschten Soll-Dreh-Position schwierig ist. Der höchste Punkt des Elevationselements 22 muss Richtung Süden ausgerichtet sein. Zur Lösung dieser Probleme ist eine doppelte Justiereinrichtung vorgesehen, wie sie nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 näher erläutert wird. Die erste Justiereinrichtung dient zur Justierung des Elevationselements 22 in der gewünschten Soll-Dreh-Position bezüglich der vertikalen Achse 6. Diese erste Justiereinrichtung umfasst im Wesentlichen einen im Ausführungsbeispiel als kreisförmige Befestigungsplatte ausgebildeten Befestigungsfuß 32, mit dem das gesamte Traggestell 2 auf dem Verankerungselement 14 befestigt ist. Der Befestigungsfuß 32 wird hierbei mittels einer lösbaren Befestigung, insbesondere Schraubbefestigung, mit dem Verankerungselement 14 verbunden, derart dass nach einem Lösen der Befestigung die Drehposition des Befestigungsfußes 32 variierbar ist. Der Befestigungsfuß 32 weist im Ausführungsbeispiel hierzu zwei kreisbogenförmig verlaufende Langlochführungen auf, durch die die Befestigungsschrauben hindurchgesteckt werden können. Aufgrund dieser Ausbildung kann daher auch nach einer Aufstellung der Traggestelle 2 auf den Verankerungselementen 14 die Drehposition insbesondere des Elevationselements 22 gegenüber dem jeweiligen Verankerungselement 14 noch verändert und exakt eingestellt werden. Eine genaue Ausrichtung der Verankerungselemente 14 ist daher nicht erforderlich.

Die zweite Justiereinrichtung dient zur Justierung der Drehposition um die vertikale Achse 6 des jeweiligen Photovoltaikmoduls 14 bei nicht exakter synchroner Ausrichtung mit den anderen Photovoltaikmodulen 4. Hierzu ist der Tragmast 16 in einen oberen Teilbereich 36A und einen unteren Teilbereich 36B unterteilt. An einer Trennsteüe sind diese beiden Teilbereiche 36A, 36B reversibel lösbar miteinander befestig und zwar derart, dass ihre relative Drehposition zueinander einstellbar ist. Die Trennstelle ist hierbei allgemein unterhalb eines Ankopplungs- punktes angeordnet, an dem die Kopplungseinrichtung am Tragmast befestigt ist. Weiterhin ist die Trennstelle oberhalb eines Ankopplungspunktes angeordnet, an dem die vom Antriebsstrang ausgeübte Antriebskraft auf den Tragmast 16 übertragen wird. An den beiden Teilbereichen 36A₁ 36B ist hierzu endseitig jeweils ein Befestigungsflansch 38 ausgebildet. Zumindest einer der Befestigungsflansche 38 ist ähnlich wie der Befestigungsfuß 32 mit Langlochführungen 34 ausgebildet. Der obere Bereich des Traggestells 2 kann daher in einfacher Weise in seiner Drehposition nachjustiert werden, ohne dass dies Auswirkung auf den unteren Teilbereich 36A hat, auf den die Antriebskraft des Antriebs 10 übertragen wird. Somit ist über die Trennstelle allgemein eine Entkopplungsmöglichkeit zwischen dem Antriebsstrang und dem oberen Teilbereich definiert.

Im Ausführungsbeispiel bildet der Flansch 38 des unteren Teilbereichs 36B zugleich eine obere Abdeckung des hohlzylindrischen Mitnehmerelements 20. Insgesamt ist dadurch ein weitgehend abgeschlossener Innenholraum geschaffen, in dem insbesondere die Lagerstelle des Tragmastes 16 geschützt einliegt. Der Befestigungsflansch 38 ist zum Mitnehmerelement 20 insbesondere etwas

beabstandet, so dass bei einer vertikalen Nachführung möglichst keine Reibung auftritt. Im Unterschied zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsflansch 38 bevorzugt oberhalb des Mitnehmerelements 20 und dessen Randseiten überdeckend angeordnet.

Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 3 hervorgeht ist der Tragmast 16 drehbar auf dem Befestigungsfuß 32 gelagert. Der Befestigungsfuß 32 umfasst hierzu ein zentrales Tragrohr 40, über das der rohrförmige Tragmast 16 übergestülpt ist. Um Schwergängigkeiten zu vermeiden sind im Ausführungsbeispiel Gleitelemente nach Art von Lagerhülsen 42 vorgesehen. Diese sind jeweils im unteren und oberen Bereich des Tragrohrε 40 angeordnet. Vorzugsweise weisen beide Lagerhülsen 42 einen Art Ringflansch auf. Der Tragmast 16 stützt sich mit seinem unteren Ende, an dem er ebenfalls einen Ringflansch ausbildet, auf diesen Ringflansch der Lagerhülse 42 auf, so dass ein eher flächiger Kontakt ausgebildet ist. Die Lagerhülsen 42 bestehen beispielsweise aus einem abriebfesten Kunststoff oder auch aus einem geeigneten Metall.

Weiterhin ist für den Tragmast 16 eine Sturmsicherung 43 derart vorgesehen, dass der Tragmast insbesondere gegen ein axiales Abheben vom Befestigungs- fuß 32 gesichert ist bei gleichzeitiger Rotierbarkeit. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu ein in axialer Richtung wirkender Formschluss zwischen dem Befestigungsfuß 32 und dem Tragmast 16, insbesondere dessen bodenseitigen Flansch ausgebildet. Die Sturmsicherung 43 ist hierbei in einfacher Weise durch eine gebogene Lasche gebildet, die mit ihrem einen Ende am Befestigungsfuß 32 befestigt ist und mit ihrem anderen Ende über den Flansch insbesondere mit geringem axialen Abstand übersteht.

In den Fig. 5 und 6 ist die Ausgestaltung des Koppelelements 28 als Gabelelement näher dargestellt. Das Koppelement 28 umfasst zwei Gabelenden 44. In bevorzugter Ausgestaltung ist auf jedes der Gabelenden 44 eine drehbar gelagerte Hülse 46 aufgesteckt, beispielsweise eine Kunststoffhülse oder eine Metallhülse. Im eingebauten Zustand rollen diese Hülsen 46 auf der Führungsbahn 24 ab. Bei der Ausgestaltung als Gabelelement ist der Kurvenring 22 zwischen diesen Hülsen 46 geführt. Hierdurch ist eine möglichst reibungsarme Führung erzielt, so dass die aufzuwendende Antriebskraft vom Antriebsmotor 10 gering gehalten werden kann. Im Bereich des Federelements 52 ist an dem Tragmast 16 eine Schuhmanschette 53 angeordnet.

Das Koppelelement 28 besitzt für seine gelenkige Anbindung an den Tragmast 16 weiterhin ein Befestigungsloch 48. Schließlich weist das Koppelelement 28 weiterhin ein nach Art eines Auslegers 50 ausgebildetes Befestigungselement auf, auf dem ein Federelement 52, im Ausführungsbeispiel eine Druckfeder, aufgeschoben ist. Wie insbesondere aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, ist das Federelement 52 im eingebauter! Zustand zwischen dem Koppelelement 28 und dem Tragmast 16 wirksam, stützt sich also am Tragmast 16 ab. Das Federelement 52 übt eine gegen die Gewichtskraft des Photovoltaikmoduls 4 gerichtete Gegenkraft aus. Die Anordnung des Federelements 42, ihre Größe und ihre Federkraft / Federkonstante sind daher in geeigneter Weise ausgewählt, um diese Gegenkraft auszuüben. Hierdurch wird die auf das Elevationselement 22 übertragene Anpresskraft vermindert, was zu einer leichtgängigeren Verstellbewegung bei einer Nachführbewegung führt und insgesamt den Motor 10 entlastet. Da die durch das Federelement 52 erzeugte Kraft nicht durch den über das Befestigungsloch 48 definierten Drehpunkt des Koppelelements 28 verläuft, erzeugt das Federelement 52 ein Drehmoment, das in der in Fig. 5 gezeigten Ansicht gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist.

Da das Federelement 52 das Koppelelement 28 mit dem Drehmoment beaufschlagt, wird allgemein dem durch das Photovoltaikmodul 4 erzeugten Drehmoment entgegengewirkt, so dass der Kurvenring 22 weniger belastet ist. Da die auf den Kurvenring 22 einwirkenden Kräfte und Momente verringert sind, erfolgt die Nachführung des Photovoltaikmoduls mit geringerem Energieaufwand. Ebenso sind die auf das Seil 12 einwirkenden Kräfte verringert, so dass der Antriebsmotor 10 geringer dimensioniert werden kann bzw. eine größere Anzahl an Traggestellen verbunden werden kann.

Gemäß den den Figuren 2 bis 8 ist weiterhin im Mitnehmerelement 20 ein Führungsschlitz 54 eingebracht, der nach Art einer Reibbremse für das Seil 12 wirkt. Der Führungsschlitz 54 erstreckt nur über einen Teilbereich der Mantelfläche des Mitnehmerelements 20. Das Seil 12 wird über den Führungsschlitz 54 um die Mantelfläche geführt. Durch das Spannen des Seils bei der Inbetriebnahme legt sich dieses an den randseitigen Kanten (in Umfangshchtung betrachtet) des Führungsschlitzes 54 an, so dass diese eine in beide Richtungen wirkende Reibbremse bei nur geringem konstruktivem Aufwand bilden.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Traggestells ist eine kostengünstige Einrichtung sowie ein effizienter Betrieb einer derartigen Photovoltaikanlage möglich. Über die insbesondere doppelte Justiereinrichtung ist eine einfache montagefreundliche exakte Ausrichtung der Traggestelle 12 in eine Soll-Dreh-Position problemlos möglich. Durch die weiteren Maßnahmen, nämlich Anordnung der Lagerhülsen 42, Anordnung des Federelements 52 sowie die Anordnung der Hülsen 46 werden insgesamt die erforderlichen Antriebs- und Stellkräfte für die mechanische Zwangsnachführung zur horizontalen Verstellbewegung gering gehalten, so dass ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb gewährleistet wird. Bezugszeichenliste

2 Traggestell

4 Photovoltaikmodul

6 vertikale Achse

8 horizontale Schwenkachse

10 Antriebsmotor

12 Seil

14 Verankerungselement

16 Tragmast

18 Tragrahmen

20 Mitnehmerelement

22 Kurvenring

24 Führungsbahn

26 Befestigungselement

28 Koppelelement

30 Hebelarm

32 Befestigungsfuß

34 Langlochführung

36A oberer Teilbereich

36B unterer Teilbereich

8 Befestigungsflansch 0 Tragrohr

2 Lagerhülse

3 Sturmsicherung

4 Gabelende

6 Hülse

8 Befestigungsloch

0 Ausleger

2 Federelement

3 Schutzmanschette

4 Führungsschlitz

Claims

Ansprüche

1. Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage mit zumindest einem der Sonne nachzuführenden Photovoltaikmodul (4), umfassend ein Traggestell (2) für jeweils ein Photovoltaikmodul (4), das aufweist

- eine vertikale Nachführeinrichtung mit einer das Photovoltaikmodul (4) tragenden und um eine im Wesentlichen vertikale Achse (6) drehbar gelagerten Tragkonstruktion (16) zur vertikalen Nachführung mittels eines Antriebs (10) sowie

- eine horizontale Nachführeinrichtung zur horizontalen Nachführung des Photovoltaikmoduls (4) durch Verschwenken um eine horizontale Achse (8), die umfasst

- ein Elevationselement (22), das eine Führungsbahn (24) mit unterschiedlichen Höhenniveaus definiert, wobei die Tragkonstruktion (16) relativ zum Elevationselement (22) um die vertikale Achse (6) drehbar ist

- eine mechanische Kopplungseinrichtung (28,30), die bei einer Drehbewegung der Tragkonstruktion (16) um die vertikale Achse (6) mit einem Koppelelement (28) entlang der Führijngsbahn (24) verfährt und die durch die Führungsbahn (24) definierten Höhenniveaus zur Erzeugung einer Schwenkbewegung um die horizontale Achse (8) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Justiereinrichtung (32, 34; 36A,36B,38) wahlweise oder in Kombination zur Drehverstellung des Elevationselements (22) um die vertikale Achse (6) bezüglich eines Verankerungselements (14) oder zur Drehverstellung um die vertikale Achse (6) von Teilbereichen (36A.36B) der Tragkonstruktion (16) untereinander vorgesehen ist.

2. Nachführeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass das Elevationselement (22) mit einem Befestigungsfuß (32) verbunden ist, welcher am Verankerungselement (14) in unterschiedlichen Drehpositionen reversibel befestigbar ist.

3. Nachführeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass der Befestigungsfuß (32) eine Befestigungsplatte zur flächigen Auflage auf dem Verankerungselement aufweist.

4. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Tragkonstruktion (16) an einer Trennstelle in die beiden Teilbereiche (36A, 36B) getrennt ist und die beiden Teilbereiche (36A, 36B) an der Trennstelle insbesondere über Flansche (38) in unterschiedlichen Drehpositionen zueinander reversibel aneinander fixierbar sind.

5. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem Koppelelement (28) und der Tragkonstruktion (16) ein Federelement (52) angeordnet ist.

6. Nachführeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass das Federelement (52) auf das Koppelelement (28) ein Drehmoment ausübt, das einem durch das Photovoltaikmodul (4) bezüglich der horizontalen Achse (8) erzeugten Drehmoment entgegenwirkt.

7. Nachführeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet dass das Federelement (52) derart am Koppelelement (28) angreift, dass eine Anpresskraft zwischen dem Koppelelement (28) und dem Elevationsele- ment (22) verringert ist.

8. Nachführeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass im Bereich des Federelements (52) an der Tragkonstruktion (16) eine Schutzmanschette (53) angebracht ist.

9. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Koppelelement (28) zumindest eine drehbar gelagerte Hülse (46) aufweist, über die das Koppelelement (28) entlang der Führungsbahn (24) verfährt.

10. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Tragkonstruktion einen Tragmast (16) umfasst der drehbar auf einem Befestigungsfuß (32) angeordnet ist, wobei zwischen dem Tragmast (16) und dem Befestigungsfuß (32) zumindest ein Gleitelement, insbesondere eine Gleithülse (42) angeordnet ist.

11. Nachführeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass der Tragmast (16) einen bodenseitigen Flansch aufweist, mit dem er sich auf dem Gleitelement flächig abstützt.

12. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Tragkonstruktion (16) mit einem rohrförmigen Mitnehmerelement (20) zur Übertragung einer vom Antrieb ausgeübten Stellbewegung drehfest verbunden ist und das Mitnehmerelement (20) einen Führungsschlitz (54) aufweist, in dem im montierten Zustand ein elastisches mit dem Antrieb (10) verbundenes Antriebsmittel, wie ein Seil (12), einliegt.

13. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Tragkonstruktion (16) mit einem rohrförmigen Mitnehmerelement (20) zur Übertragung einer vom Antrieb (10) ausgeübten Stellbewegung drehfest verbunden ist, und einer der Flansche (38) eine Abdeckung für das Mitnehmerelement (20) bildet.

14. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Sturmsicherung (43) zur Sicherung der Tragkonstruktion (16) gegen ein axiales Abheben vom Befestigungsfuß (32) vorgesehen ist, die insbesondere als eine Lasche ausgebildet ist, die am Befestigungsfuß (32) befestigt ist und über einen sich radial erstreckenden Flansch der Tragkonstruktion (16) übersteht.

15. Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Traggestellen (2), denen ein gemeinsamer Antrieb (10) zugeordnet ist und bei der eine vom Antrieb (10) ausgeübte Stellbewegung über ein Antriebsmittel (12) auf die Tragkonstruktion (16) übertragen wird.

16. Verfahren zur Einrichtung einer Nachführeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Traggestelle (2) auf zumindest einem Verankerungselement (14) befestigt werden, ein gemeinsamer Antrieb (10) angeordnet wird und die einzelnen Tragkonstruktionen (16) über ein Antriebsmittel (12) mit dem Antrieb (16) verbunden werden und eine Stellbewegung vom Antrieb (10) auf die Tragkonstruktionen (16) übertragen wird , dadurch gekennzeichnet dass wahlweise oder in Kombination mit Hilfe der Justiereinrichtung

(32,34;36A,36B,38) bei den einzelnen Traggestellen (2) bei Bedarf

- das Elevationselement (22) gegenüber dem Verankerungselement (14) in eine Soll-Drehposition

- ein erster Teilbereich (36A) der Tragkonstruktion (16) gegenüber einem zweiten Teilbereich (36B) der Tragkonstruktion (16) in eine Soll- Drehposition gebracht wird.